기존 연구대비 빠른 속도로 빛을 검출해낼 수 있는 비납계 페로브스카이트 소재 기반 포토디텍터(빛 감지 소자)가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 페로브스카이트는 1839년 러시아 우랄산맥에서 발견된 광물의 결정구조. 페로브스카이트 구조는 높은 전하 이동과 빛 흡수성으로 차세대 태양전지의 선두주자로 주목받고 있다.

성균관대학교는 전일 교수, 김규선 박사가 왕동환 중앙대학교 교수, 장웅식 박사 공동연구팀과 함께 납을 사용하지 않은 페로브스카이트 소재 박막의 안정성 향상을 위해 패시베이션 공정을 도입해 노이즈가 효과적으로 억제된 포토디텍터를 구현하는 데 성공했다고 11일 밝혔다. 패시베이션은 표면의 반응을 막기 위해 용매 등의 처리를 통해 피막을 형성하여 부동태화하는 공정이다.

최근 무기 감광 소재를 대체할 수 있는 차세대 감광 소재로 조성에 따라 흡광도 조절이 가능한 페로브스카이트 소재가 각광받고 있지만, 납으로 인한 유해성으로 상용화에 어려움이 있었다. 또한, 기존의 납계 페로브스카이트는 납 이온과 할로겐 이온 사이의 결합력이 상대적으로 낮아 이온들이 구조 내에서 쉽게 이동이 가능한데, 이러한 특성은 외부 전하의 주입을 쉽게 해 포토디텍터 성능 저하의 가장 큰 원인인 노이즈 발생을 야기해 왔다.

이에 공동연구팀은 납을 대체할 수 있는 성분인 주석 소재를 활용, 안정적으로 박막을 형성할 수 있는 패시베이션 기술을 적용해 양질의 비납계 페로브스카이트 소재를 개발하는 데 성공했다.

연구팀은 이번 연구로 주석 기반 페로브스카이트 소재가 적용된 차세대 포토디텍터가 구현됨으로써, 친환경 기술과 성능 향상 기술의 동시 구현이 가능할 것으로 예상하고 있다. 특히, 다양한 페로브스카이트 소재 기반 차세대 광전변환소자 및 디스플레이 분야에서의 적용이 가능할 것으로 보여 관련 기술 발전에 이바지할 수 있을 것으로 기대했다.

이번 연구의 성과는 재료 분야 국제학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)에 지난해 12월 16일 게재됐고, 연구 우수성을 인정받아 표지 논문으로 선정됐다.